中子管是一种加速器型中子源,由离子源,加速系统,靶,气压调节系统组成。它在石油测井、爆炸物和毒品检测、放射性医学和反应堆物理等领域具有广阔的应用前景。离子源作为中子管的重要组成部分之一,它将氘氚气体电离产生等离子体并引出成束。离子源的性能以及引出束流的品质会影响中子管的产额、寿命和稳定性等。不同离子源的工作机理不同,生成的等离子体内各类离子所占百分比也不同。中子管主要原理是内部的单原子氘氚离子发生反应生成中子,微波离子源产生的单原子离子比在80%以上,本文使用微波离子源作为中子管的注入源。微波离子源的性能受许多参数的影响,尤其是磁路结构和引出系统。对于2.45 GHz微波离子源,在微波窗处提供合适的磁场强度可提高微波吸收效率,磁场分布均匀的前提下增加ECR区数量可产生高密度等离子体。使用CST Studio Suite模拟了不同放电室壁材料的离子源内部磁场。通过实验以及仿真软件,设计了单磁环、双磁环、多磁环多种磁路系统以优化放电室的轴向磁场,并比较了轴向充磁和径向充磁双磁环在最佳模式下的磁场分布。不同应用的中子管对离子束有着不同的特殊要求,分别针对高产额中子管和标记中子管设计了引出系统。高产额中子管的束流强度大,易造成靶损伤进而影响中子管寿命。为其设计了双狭缝二电极引出系统,通过调整狭缝位置和大小使打到靶端的束流分布均匀并扩大离子束的轰击面积。带有α探测器的标记中子管常用于探测爆炸物位置等,其引出束流需被聚焦以形成小靶点。针对标记中子管设计了三电极引出系统,分别改变引出极的位置、厚度以及各电极的电压等参数实现小靶点要求。离子源最重要的目标之一就是制造高电流密度的离子束,为提高束流强度设计了一种在等离子电极后放置正偏压电极的引出系统。引出孔附近形成了高密度等离子体,可有效提高中子产额。